基于故障樹的雷達(dá)故障診斷方法研究

李華

摘 要：文章對基于故障樹的雷達(dá)故障診斷方法研究，以期為雷達(dá)故障診斷的研究提供一定的參考，為基于故障樹的雷達(dá)故障診斷的應(yīng)用提供一定的理論支持。

關(guān)鍵詞：故障樹；雷達(dá)；故障診斷；方法

1 故障樹概述

1.1 定義

故障樹分析主要研究的是一個(gè)系統(tǒng)不希望出現(xiàn)的故障問題，根據(jù)這一系統(tǒng)的功能以及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，先找到可能引發(fā)故障的所有因素，把這些引發(fā)故障的因素作為中間事件，再通過對這些因素進(jìn)行分析，進(jìn)而找到引發(fā)中間事件的所有因素，根據(jù)這一方法順次向下推及，直至找到這一系統(tǒng)的底事件。

1.2 基本概念

頂事件：是故障樹模型中最高處所發(fā)生的故障，即真實(shí)的系統(tǒng)故障。

中間事件：是能夠引發(fā)頂事件的事件，但不是導(dǎo)致故障的最低端的事件，其故障也是由下一級事件所引發(fā)的。根據(jù)系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，會出現(xiàn)多級中間事件。

底事件：是故障樹中最低端的事件。故障樹通過邏輯門以及一些特定符號將底事件、中間事件以及頂事件相連接，主要包括“或門”“與門”和“轉(zhuǎn)移符號”?！盎蜷T”指的是所有子事件中只要有大于等于一個(gè)發(fā)生就會使得父事件發(fā)生；“與門”指的是所有子事件必須同時(shí)發(fā)生才會使得父事件發(fā)生；系統(tǒng)有時(shí)也會出現(xiàn)較為復(fù)雜的樹系統(tǒng)，甚至是不同問題樹之間相連接，這時(shí)就是用到了“轉(zhuǎn)移符號”[1]。

2 故障樹原理及構(gòu)建方法

2.1 故障樹的建造方法

故障樹的建造按如下幾個(gè)步驟進(jìn)行。

（1）首先，應(yīng)該全面學(xué)習(xí)有針對性的分析所需要建立故障樹的系統(tǒng)。相關(guān)人員必須對該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型、設(shè)計(jì)原理、信號傳輸以及可能出現(xiàn)故障的問題點(diǎn)等進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。要想建立故障樹，要求工作人員有科學(xué)系統(tǒng)的知識，這也是在建立故障樹中最為復(fù)雜的一步。

（2）故障樹頂事件的確定：頂事件也就是系統(tǒng)實(shí)際過程中所發(fā)生的故障，不同的設(shè)備系統(tǒng)故障問題各不相同，其中可能包括復(fù)雜的問題事件和簡單的問題事件，在選擇頂事件時(shí)通常將最為疑難的事件作為頂事件。

（3）故障樹的建立：在將頂事件確定完成后，需要對導(dǎo)致頂事件的所有可能性進(jìn)行逐步分析，進(jìn)而確定中間事件，再針對不同的中間事件進(jìn)行分析，直至找到引發(fā)中間事件的所有底事件為止。再將所有事件通過符號等相連接，建立系統(tǒng)的故障樹模型。

（4）對故障樹進(jìn)行整理與優(yōu)化：對底事件以及中間事件進(jìn)行分析，將不可能以及多次出現(xiàn)的事件去除掉，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際情況，對故障樹進(jìn)行完善。

建立完成之后，針對故障進(jìn)行定量以及定性分析。

2.2 故障樹構(gòu)建方法

2.2.1 定性分析

故障樹的定性分析主要指的是故障樹的割集，找到其中的最小割集。割集主要是故障樹中出現(xiàn)的故障樹最低端的底事件所構(gòu)成的一個(gè)集合。例如，故障樹中存在n個(gè)底事件Y1，Y2，Y3......Yn，事件A={Y1，Y2，Y3......Ym}（m≤n）是這一故障樹中的一個(gè)集合，當(dāng)A中的所有事件全部發(fā)生時(shí)，一定會使得頂事件發(fā)生，則事件A是該故障樹中的一個(gè)割集。如果集合A中的底事件有任意一個(gè)不發(fā)生，則該頂事件就不會發(fā)生，則割集A就是系統(tǒng)的最小割集。

最小割集指的是系統(tǒng)發(fā)生問題的最根本問題的集合，因此也是進(jìn)行故障分析的重中之重。通常使用下行法對故障樹中的最小割集進(jìn)行分析。先從頂事件進(jìn)行分析查找，查找過程中遇到“與門”將與門下的所有事件一一列舉，遇到“或門”就將其下的所有事件一一列舉，直至所有事件都轉(zhuǎn)化為底事件為止。再將割集進(jìn)行比較分析，進(jìn)而找到最小割集。

求解某雷達(dá)固態(tài)激勵(lì)源的最小割集。

這樣就得到固態(tài)激勵(lì)源故障樹的8個(gè)最小割集：{Y1}；{Y2}；{Y3}；{Y4}；{Y5}；{Y6}；{Y7}；{Y8}。

2.2.2 定量分析

故障樹中通常使用定量分析來找出系統(tǒng)發(fā)生頂事件概率和一些其他因素。其中包含底事件中發(fā)生故障的概率情況，以及每一個(gè)最小割集的概率情況，進(jìn)一步分析出每一個(gè)底事件能夠?qū)е马斒录l(fā)生的概率情況。

故障樹中對底事件問題概率的分析主要是工作人員根據(jù)自身工作經(jīng)驗(yàn)確定的，最小割集的故障概率的計(jì)算是通過所有他所包含事件的概率的積所計(jì)算出來的。故障樹頂事件故障的情況就能夠依照此方法得到。

3 故障樹在雷法故障檢測中的應(yīng)用實(shí)例分析—以發(fā)射機(jī)為例

3.1 建立雷達(dá)發(fā)射機(jī)故障樹

雷達(dá)發(fā)射機(jī)首先把所需要的高頻信號通過一定的部件進(jìn)行放大，之后再通過射頻以及天線把這些部分高頻無線信號輻射出去，這些信號在經(jīng)過特定的功放電路進(jìn)行一定的處理，其中的處理部件是發(fā)生問題概率較大的部件。通過使用故障樹分析的方法針對該系統(tǒng)進(jìn)行分析，重點(diǎn)對發(fā)射機(jī)的模塊進(jìn)行準(zhǔn)確的分析[2]。雷達(dá)的發(fā)射機(jī)模塊的故障樹如圖1所示。

圖1中，頂事件T表示發(fā)射機(jī)故障小并且正常工作的情況。中間事件U1代表的是發(fā)射機(jī)故障小同時(shí)能發(fā)射出所需要的射頻信號，U2所表示的是電源模塊出現(xiàn)故障的情況，U3表示發(fā)射機(jī)功率放大模塊故障。底事件X1表示頻率控制故障，X2表示信號調(diào)制故障，X3和X4表示功率放大故障。X5和X6表示電源模塊故障。

3.2 結(jié)構(gòu)函數(shù)及結(jié)構(gòu)重要度分析

根據(jù)上述計(jì)算得，X1， X2事件的重要程度相同，重要度為1，X3， X4， X5， X6事件的重要程度相同，總要度為0.5。若其他因素不會導(dǎo)致故障的前提下，事件X1， X2使得機(jī)器故障的可能性最大。因此，在進(jìn)行檢修時(shí)重點(diǎn)考慮事件X1， X2，并對兩事件作更多的關(guān)注多加分析。但是如果該事件的故障概率極低，則該事件作為引發(fā)故障事件的可能性就會大幅度降低，這個(gè)底事件不一定就是故障關(guān)注點(diǎn)。

3.3 頂事件概率及概率重要度分析

底事件概率重要度重點(diǎn)關(guān)注了各個(gè)底事件發(fā)生的概率問題以及導(dǎo)致頂事件發(fā)生變化的可能性。

根據(jù)上述計(jì)算表明，事件3、4、5、6，因?yàn)榇嬖谌哂嘣O(shè)計(jì)，則其故障概率有極大的降低，很大程度上降低了它們的故障發(fā)生率，對該系統(tǒng)的優(yōu)化作出了重大的貢獻(xiàn)。所以在該雷達(dá)設(shè)計(jì)過程中，針對安全性較低，故障發(fā)生可能性較大的元件需要進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，進(jìn)而降低系統(tǒng)的故障率。本文針對雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)故障的概率進(jìn)行分析，可以初步判斷出事件1、2發(fā)生故障，應(yīng)該重點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化處理。在實(shí)際雷達(dá)發(fā)射機(jī)以及一些較大型設(shè)備的檢測維修過程中，需要對可能出現(xiàn)故障的事件的發(fā)生概率進(jìn)行排序，從高到低依次進(jìn)行檢查維修，逐個(gè)進(jìn)行優(yōu)化處理，最大程度上通過分析優(yōu)化處理節(jié)約人力物力，減少診斷故障的事件。對故障樹進(jìn)行分析維修，程序化處理，促進(jìn)生產(chǎn)的高效便捷，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

本文對故障樹分析法進(jìn)行研究，對其原理、概念等作出了解釋，重點(diǎn)分析了故障樹分析法中的定量分析以及定性分析，介紹確定最小割集的方法，之后，以雷達(dá)發(fā)射機(jī)的故障分析為例子，對其進(jìn)行了詳細(xì)的分析計(jì)算，對所分析出的故障重要度依次排列，對其逐個(gè)進(jìn)行故障檢查，最終找出故障部件。